CN102429644B - 血管影像定位装置 - Google Patents

Abstract

一种血管影像定位装置，包括：激发光单元，发射的激发光的波长为700纳米至1100纳米，用于向人体表面被检测部位发出检测光；信号探测器，采集人体表面被检测部位漫反射光强度的空间分布图像；图像处理单元，对信号探测器采集的图像进行信号处理，得到血管影像，以电信号的形式传送到投射单元；投射单元，接收图像处理单元的电信号，向人体表面被测部位投射血管影像。血管影像定位装置使用安全光源(例如发光二极管)作为照明光源，对人体没有或几乎没有伤害，体积小巧，便于携带，可长时间持续工作。

Description

血管影像定位装置

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，特别涉及一种血管影像定位装置。 

背景技术

全世界每天要进行数千万次静脉穿刺，静脉穿刺需要进行准确的浅表层静脉定位，目前主要靠医护人员的肉眼来判断。但全球有数十亿人的静脉定位很困难，比如儿童、肥胖的人、失血过多或体液损失过多的人。野外救护时，比如夜间救护、战地救护、抗震救灾等情况，受自然环境的影响，准确的静脉定位也很困难。 

现有的医学检测中，会利用X光、超声波或者激光扫描得到静脉血管分布。利用X光检测前要向血管中注射造影剂，因此X光检测属于侵入检测技术，并且X射线的穿透性很强，对人体的辐射较大。超声波扫描成像时需要在皮肤上涂抹凝胶体，并且其图像采集速度较慢。尽管X光和超声波扫描方法能够获得高质量的静脉血管图像，但是对人体有不同程度的伤害，并且检测设备体积笨重，应用极不方便。利用激光作为光源可以减小检测设备的体积和重量，但是使用大功率激光作为光源时，设备耗电量大，无法满足持续工作的要求，同时激光容易导致眼睛及其它人体组织的损伤，尤其是对儿童使用时，更容易造成伤害，并且高频闪烁的红色激光经皮肤反射后，会造成使用者目眩和头晕。 

发明内容

本发明解决的问题是静脉穿刺需要准确的静脉定位，现有的检测设备对人体有不同程度的伤害，并且体积笨重，无法满足便携式的要求。 

为解决上述问题，本发明提供了一种血管影像定位装置，包括激发光单元，所述激发光单元发射的激发光的波长为700纳米至1100纳米，用于向人体表面被检测部位发出检测光；信号探测器，采集人体表面被检测部位漫反射光强度的空间分布图像；图像处理单元，对信号探测器采集的图像进行信号处理，得到血管影像，以电信号的形式传送到投射单元；投射单元，接收图像处理单元的电信号，向人体表面被测部位投射血管影像。 

可选地，所述血管影像定位装置还包括测距单元，测量血管影像定位装置与人体表面被测部位之间的距离。 

可选地，所述激发光单元可以包括各种对人体无伤害或伤害较小的光源，例如可以包含一个或多个发光二极管。 

可选地，所述血管影像定位装置还包括前置于信号探测器的滤光单元，用于对人体表面被检测部位漫反射光进行滤光处理；所述信号探测器采集经滤光单元滤光的人体表面被检测部位漫反射光强度的空间分布图像。 

可选地，所述图像处理单元根据信号探测器采集的图像判断人体表面的肤色，根据不同的肤色呈现血管影像中血管部分和非血管部分的颜色。 

可选地，所述血管影像定位装置还包括外接电源单元，用于放置电池，将电池与内部供电电路相连接，为血管影像定位装置提供电能。 

与现有技术相比，本发明具有以下优点： 

1)血管影像定位装置发射波长在700纳米至1100纳米的激发光，激发光安全可靠，对人体没有伤害，并且使用者长时间使用不会出现目眩和头晕的症状。 

2)可选方案中，血管影像定位装置以发光二极管作为照明光源，消耗的功率小，可以长时间工作。 

3)可选方案中，血管影像定位装置提供的外接电源单元，使得血管影像定位装置体积小巧，且可以通过电池供电，方便携带。 

4)可选方案中，血管影像定位装置根据被检测人员的肤色，呈现血管影像中血管部分和非血管部分的颜色，因而所述血管影像定位装置可以适用于不同肤色的人种，对皮肤颜色很深的人也有较好的血管定位效果，比如，印度人、非洲人、阿拉伯人、非洲地区之外的黑人(比如美国、欧洲、中美洲)和拉丁美洲人。 

5)可选方案中，血管影像定位装置测量人体表面被测试部位与血管影像定位装置的距离，提示使用人员将血管影像定位装置与人体表面被检测部位之间的距离保持在预设距离范围，达到较好的血管定位效果。 

6)可选方案中，血管影像定位装置交替采集不同波长下的图像，将采集到的血管空间分布图像进行分析和处理，以优化成像质量。 

附图说明

图1是本发明的血管影像定位装置的一种实施例示意图。 

图2是本发明的血管影像定位装置的另一种实施例示意图。 

图3是本发明的血管影像定位装置的再一种实施例示意图。 

图4是图3中血管影像定位装置的滤光单元的结构图。 

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。 

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。 

正如背景技术部分所述，利用X光、超声波或者激光扫描得到静脉血管分布，对人体有不同程度的伤害，并且检测设备体积笨重，应用极不方便。 

针对上述缺陷，本发明提供了一种血管影像定位装置，向人体表面被测试部位发射波长为700nm至1100nm的激发光，通过信号探测器采集人体表面被检测部位漫反射光强度的空间分布图像，激发光对人体没有伤害，并且功率损耗小，装置小巧，便于携带。 

下面结合附图进行详细说明。 

人体血管对波长范围在700nm至1100nm的光波有明显的吸收，当用这一范围的光波照射人体表面时，人体组织对该光波的吸收弱，因此有较强的漫反射光向四面八方反射；皮肤下面一定深度内有血管，血管对这一波长范围的光波有较强的吸收，所以血管部位的漫反射光强度较弱。 

图1是本发明的血管影像定位装置的一种实施例示意图，血管影像定位装置101包括激发光单元102、信号探测器103、图像处理单元104和投射单元105。激发光单元102发出波长为700nm至1100nm的激发光。信号探测器103检测漫反射光强度的空间分布，该漫反射光强度的空间分布反映了人体表面下血管的空间分布，信号探测器103将采集到的空间分布图像传输到图像处理单元104。图像处理单元104对信号探测器采集的图像进行信号处理，得到可视化的血管影像，以电信号的形式传输到投射单元105。投射单元105将图像处理单元104的电信号转换成血管影像，以人眼可见波长的光波投射到人体表面被检测部位。 

上述激发光单元102的照明光源可以为任何适合本产品目的、用途，并能发射波长在700nm至1100nm范围内激发光的光源。优选对人体没有伤害或伤害较小的光源，比如发光二极管。优选能发射波长在700nm至980nm范围内，比如735nm，760nm，780nm，808nm，830nm，850nm，880nm，920nm， 940nm，960nm等激发光的安全光源。 

上述激发光单元102的照明光源可以是一个发光二极管，发光二极管发射的激发光波长在700nm至1100nm范围内。 

或者，上述激发光单元102的照明光源为多个发光二极管，多个发光二极管可以按照预设的规则排列，比如呈点阵排列，发射的激发光波长在700nm至1100nm范围内。 

发光二级管的个数及设置方式可以综合考虑系统的目的和要求，比如系统预期使用的对象(例如儿童或成人)、使用环境、以及信号探测器103的灵敏度等因素来进行设置。 

另外，激发光单元102还可以包括：光束匀化器，用于控制激发光的空间分布；衰减器，用于控制激发光的强度。从而，使信号探测器103有足够的光信号灵敏度但又不会饱和。例如，所述光束匀化器和衰减器可以集成在一起，通过匀光减光板实现。又例如，所述光束匀化器和衰减器也可各自独立，所述衰减器可以通过中性光强衰减片来调节。 

上述信号探测器103可以是CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合器件)或CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互补型氧化金属半导体)摄像装置，用于采集人体表面被检测部位漫反射光强度的空间分布图像，CCD/CMOS摄像装置可以是黑白型的，也可以是彩色型的。 

CCD/CMOS摄像装置对可见光和红外光波有较高的灵敏度，本发明的血管影像定位装置依据近红外光波采集人体表面被检测部位漫反射光强度的空间分布图像，因此要求CCD/CMOS摄像装置优先接收近红外波段的图像，滤除可见光波段的图像，以优化成像质量。 

图像处理单元104对信号探测器103采集的图像进行信号分析和处理，得到血管影像，以电信号的形式传输到投射单元105。例如，图像处理单元 104的信号分析和图像处理功能可以通过FPGA(Field Programmable GateArray，现场可编程门阵列)处理器、ARM(Advanced RISC Machines)处理器或者DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理器)实现，上述的各种处理器仅为举例说明，其不应限制本发明的保护范围。图像处理单元104得到血管影像，以电信号的形式传输到投射单元105，传输到投射单元105的电信号可以为VGA(Video Graphics Array，视频图形阵列)、AV(Audio and Video)或其它制式的信号。 

图像处理单元104在产生血管分布影像时，将血管分布影像的血管部分与非血管部分呈现不同的颜色。例如，将血管影像的血管部分呈现暗色，非血管部分呈现亮色或者无色。 

投射单元105接收图像处理单元104的电信号，例如VGA、AV或者其他制式的信号，通过光调制器将电信号转化为光信号投射到人体表面被检测区域。例如，投射单元105可以是现有的任何可以将电信号转化为光信号的投影设备。 

图2是本发明的血管影像定位装置的另一种实施例示意图，血管影像定位装置101除包括第一个实施例的各部件外，还包括测距单元106，用于测量血管影像定位装置101与人体表面被检测部位之间的距离，提示使用人员将血管影像定位装置101与人体表面被检测部位之间保持合理距离，以使之符合血管影像定位装置101中激发光单元102及投射单元105的工作距离，从而达到较好的血管定位效果。 

其中，测距单元106可以是固定或附着在血管影像定位装置上的机械测距装置，比如，但不限于，可伸缩的杆状物体或标尺。标尺的长度可以设置为血管影像定位装置能够获得较好的血管定位效果时的检测距离。例如，所述检测距离为15cm至35cm或者10cm至100cm范围内时，所述标尺的长度 也可以设置在15cm至35cm或者10cm至100cm范围内。使用人员将血管影像定位装置101与人体表面被检测部位之间的距离保持在标尺长度，可以达到较好的血管定位效果。 

或者，测距单元106也可以为光学测距装置，光学测距装置的感应距离可以设置为血管影像定位装置能够获得较好的血管定位效果时的检测距离。例如，所述能够获得较好的血管定位效果时的检测距离为10cm至100cm或者15cm至35cm范围内时，所述光学测距装置的感应距离也可以预先设置在10cm至100cm或者15cm至35cm范围内。所述光学测距装置还可以包括连接播放器和/或指示装置(如指示灯)，由此可以在人体表面被测试部位与血管影像定位装置的距离在感应距离范围内时通过声音和/或灯光的方式提示使用人员。 

或者，测距单元106也可以包括基准点参考定位装置，可识别人体表面的光学参考标示，获得的参考标示图像经图像处理单元104处理后，经投射单元105投射到人体表面，当投射的参考标示的图像与参考标示本身重合时表示血管影像定位装置与人体表面被测试部位的距离在预设范围内。例如基准参考标示可以是涂在皮肤表面的图案，也可以是用有图案的胶布粘在皮肤上，基准点参考定位装置设置的距离可以设置为血管影像定位装置能够获得较好的血管定位效果时的检测距离。例如，所述能够获得较好的血管定位效果时的检测距离为10cm至100cm或者15cm至35cm范围内时，所述基准点参考定位装置投射出的参考标示的图像预先设置在10cm至100cm或者15cm至35cm范围内。当参考图标与其参考图标图像重合时即可判定人体表面被测试部位与血管影像定位装置的距离在有效的工作距离范围内。 

或者，测距单元106也可以包括交叉光束定位装置，交叉光束定位装置包含2束或2束以上的定位光束，定位光束为激光或者其他可见光，所述定位光束在投射方向的设定距离处交叉，当定位光束投射的光点在人体表面重 合时，表示人体表面被检测部位与血管影像定位装置之间的距离在预设范围内，交叉光束定位装置设置的距离可以设置为血管影像定位装置能够获得较好的血管定位效果时的检测距离。例如，所述能够获得较好的血管定位效果时的检测距离为10cm至100cm或者15cm至35cm范围内时，所述交叉光束定位装置投射出的光束交叉点预先设置在10cm至100cm或者15cm至35cm范围内。当光束投射到人体表面的一个或几个光点均重合时即可判定人体表面被测试部位与血管影像定位装置的距离在有效的工作距离范围内。 

或者，测距单元106也可以包括光束与基准点综合定位装置，光束与基准点综合定位装置包含1束定位光束，定位光束为激光或者其他可见光，投射单元105投射到人体表面的投影图像中包含一个基准参照标示，当定位光束投射到人体表面的光点与基准参照标示均重合时即可判定人体表面被测试部位与血管影像定位装置的距离在有效的工作距离范围内，光束与基准点综合定位装置设置的距离可以设置为血管影像定位装置能够获得较好的血管定位效果时的检测距离。例如，所述能够获得较好的血管定位效果时的检测距离为10cm至100cm或者15cm至35cm范围内时，所述光束与基准点综合定位装置投射出的定位光束与基准参照标示的交叉点预先设置在10cm至100cm或者15cm至35cm范围内。当定位光束投射到人体表面的光点与基准参照标示均重合时，即可判定人体表面被测试部位与血管影像定位装置的距离在有效的工作距离范围内。 

根据本发明的再一个实施例，如图3所示，血管影像定位装置101除包括第一个实施例的各部件外，还可以包括前置于信号探测器103的滤光单元107，用于对人体表面被检测部位漫反射光进行滤光处理。 

例如，滤光单元为置于信号探测器103前的单片红外滤光片，红外滤光片可通过的红外光波段可以是700nm-900nm、720nm-980nm、700-1100nm或者大于700nm。红外滤光片优先接收近红外波段的图像，滤除可见光波段的 图像，血管空间分布图像经红外滤光片滤光后进入信号探测器103，以实现优化成像质量的目的。 

又例如，如图4所示，滤光单元107包括多片波长不同的带通滤光片302，按照预设的规则(比如沿圆周方向)排列组合成圆形滤光盘。优选地，每一片带通滤光片302的滤光区域都足以覆盖整个图像。以信号探测器103为CCD相机为例，带通滤光片302的大小应大于CCD相机的镜头大小。滤光单元107还包括驱动机构(比如旋转结构)，当血管影像定位装置启动后，滤光盘在旋转机构的带动下旋转，各带通滤光片302轮流对人体表面被检测部位漫反射光进行过滤，信号探测器103交替采集不同波长下的图像。图像处理单元将信号探测器103采集到的血管空间分布图像进行分析和处理，以优化成像质量。 

考虑到人体血液中的含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白分别对几个特定波长的近红外光波存在高吸收率，利用这个特性，可以采集多个特定波长照射下的血管空间分布图像，以进一步优化成像质量。 

比如，由于含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白分别在760nm和850nm处有两个吸收峰，当滤光单元为单片红外滤光片时，激发光单元可以快速交替发射波长为包含760nm和/或850nm光波在内的多种光波(比如，760nm和/或850nm和一种或几种具有下面波长的光波的组合：735nm、780nm、808nm、830nm、880nm、920nm、940nm和960nm)，对人体表面被检测部位进行照射；激发光单元也可以快速交替发射波长为735nm、760nm、780nm、808nm、830nm、850nm、880nm、920nm、940nm和960nm中几种光波的组合，对人体表面被检测部位进行照射。照射后的血管空间分布图像经红外滤光片滤光后进入信号探测器103，以实现不同波长下图像的交替采集，优化成像质量。激发光单元可以按预设的脉冲模式发射激发光，也可以采用随机模式发射激发光。 

再比如，当滤光单元为单片红外滤光片时，激发光单元也可以发射波长为735nm、760nm、780nm、808nm、830nm、850nm、880nm、920nm、940nm和960nm中两种或两种以上光波的组合，对人体表面被检测部位进行照射。照射后的血管空间分布图像经红外滤光片滤光后进入信号探测器103，以实现特定波长下图像的采集，优化成像质量。 

以上实施例中波长为735nm、760nm、780nm、808nm、830nm、850nm、880nm、920nm、940nm和960nm光波的选择仅为举例说明，其不应限制本发明的保护范围。在其他实施例中，也可以根据实际需求选择其他特定波长的光波。 

上述各实施例中，图像处理单元104还可以对信号探测器103采集的图像进行分析，判断人体表面的肤色，根据不同的肤色呈现血管影像中血管部分和非血管部分的颜色，以实现在不同肤色人体上的最优成像效果。 

上述各实施例中，血管影像定位装置还可以包括外接电源单元，用于放置电池，将电池与内部供电电路相连接，为血管影像定位装置提供电能。由于血管影像定位装置可以通过电池供电，便于携带，可以长时间持续工作。 

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。 

Claims (12)

1.一种血管影像定位装置，其特征在于，包括：

激发光单元，所述激发光单元发射的激发光的波长为700纳米至1100纳米；

信号探测器，采集人体表面被检测部位漫反射光强度的空间分布图像；

图像处理单元，耦接到所述信号探测器，对信号探测器采集的图像进行信号处理，得到血管影像，以电信号的形式传送到投射单元；

投射单元，耦接到所述图像处理单元，接收图像处理单元的电信号，向人体表面被测部位投射血管影像；

还包括测距单元，测量血管影像定位装置与人体表面被检测部位之间的距离；

所述测距单元包括基准点参考定位装置，识别人体表面的光学参考标示，获得的参考标示图像经图像处理单元处理后，经投射单元投射到人体表面，当投射的参考标示的图像与参考标示本身重合时表示血管影像定位装置与人体表面被测试部位的距离在预设范围内。

2.如权利要求1所述的血管影像定位装置，其特征在于，所述测距单元为机械测距装置。

3.如权利要求1所述的血管影像定位装置，其特征在于，所述测距单元为光学测距装置，当人体表面被检测部位与血管影像定位装置之间的距离在预设范围内时给出提示。

4.一种血管影像定位装置，其特征在于，包括：

激发光单元，所述激发光单元发射的激发光的波长为700纳米至1100纳米；

信号探测器，采集人体表面被检测部位漫反射光强度的空间分布图像；

图像处理单元，耦接到所述信号探测器，对信号探测器采集的图像进行信号处理，得到血管影像，以电信号的形式传送到投射单元；

投射单元，耦接到所述图像处理单元，接收图像处理单元的电信号，向人体表面被测部位投射血管影像；

还包括测距单元，测量血管影像定位装置与人体表面被检测部位之间的距离；

所述测距单元包括交叉光束定位装置，所述交叉光束定位装置包含2束或2束以上的定位光束，所述定位光束在投射方向的设定距离处交叉，当定位光束投射的光点在人体表面重合时，表示人体表面被检测部位与血管影像定位装置之间的距离在预设范围内。

5.如权利要求4所述的血管影像定位装置，其特征在于，所述血管影像定位装置所使用的定位光束交叉点是一个交叉点。

6.如权利要求4所述的血管影像定位装置，其特征在于，所述血管影像定位装置所使用的定位光束交叉点为多个交叉点，当多个交叉点处的光点都重合，表示人体表面被检测部位与血管影像定位装置之间的距离在预设范围内。

7.一种血管影像定位装置，其特征在于，包括：

激发光单元，所述激发光单元发射的激发光的波长为700纳米至1100纳米；

信号探测器，采集人体表面被检测部位漫反射光强度的空间分布图像；

图像处理单元，耦接到所述信号探测器，对信号探测器采集的图像进行信号处理，得到血管影像，以电信号的形式传送到投射单元；

投射单元，耦接到所述图像处理单元，接收图像处理单元的电信号，向人体表面被测部位投射血管影像；

还包括测距单元，测量血管影像定位装置与人体表面被检测部位之间的距离；

所述测距单元包括光束与基准点综合定位装置，所述光束与基准点综合定位装置包含1束定位光束，在投射单元投射到人体表面的投影图像中包含一个基准参照标示，当定位光的光点与基准参照标示重合时表示人体表面被检测部位与血管影像定位装置之间的距离在预设范围内。

8.如权利要求4至7中任一项所述的血管影像定位装置，其特征在于，所述定位光束为激光或者其他可见光。

9.如权利要求1所述的血管影像定位装置，其特征在于，所述激发光单元包含一个或多个发光二极管。

10.如权利要求9所述的血管影像定位装置，其特征在于，所述激发光单元包含多个发光二极管。

11.如权利要求10所述的血管影像定位装置，其特征在于，多个发光二极管呈点阵排列。

12.如权利要求10所述的血管影像定位装置，其特征在于，多个发光二极管中至少有两个发光二极管所发射的激发光的波长不相同。

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